(57)【要約】  【課題】  電力増幅器の故障及び電力増幅器以外の故障を特定するカーテシアン型負帰還増幅器及び電力増幅器を動作させない場合にも送信可能なカーテシアン型負帰還増幅器を提供する。  【解決手段】  電力増幅器の入力から帰還変調信号を取り出す第２の帰還路を構成し、また、電力増幅器の入力と出力にスイッチを設け、電力増幅器の入力と出力を接続し帰還回路を構成し、その帰還回路の信号を検波する検波器を設けることにより、カーテシアン型負帰還増幅器の異常の原因が、電力増幅器が壊れたことによるものなのか、電力増幅器以外のカーテシアン型負帰還増幅器を構成する部分が壊れたことによるものなのかを特定することができ、更に、電力増幅器を動作させない場合でも信号を送信することが可能となる。【選択図】      図１
2006101255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定周波数の搬送波を発生する搬送波発振器と、入力信号により前記搬送波を変調し変調信号を出力する変調器と、前記変調信号を所要電力まで増幅する電力増幅器と、該電力増幅器の出力信号の一部を帰還変調信号として取り出す第１の帰還路と、該第１の帰還路からの帰還変調信号を前記搬送波により復調し帰還復調信号を出力する復調器とを有し、前記帰還復調信号を前記入力信号にフィードバックする前記電力増幅器の非線形歪を補償するよう構成された負帰還増幅器において、
前記電力増幅器の入力部に接続される第１のスイッチと、前記電力増幅器の出力部に接続される第２のスイッチと、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチとを接続するよう構成した第２の帰還路と、該第２の帰還路と前記第１の帰還路とを接続する第３のスイッチと、前記第１の帰還路と前記第２の帰還路の信号を検波する検波器と、該検波器が出力する検波電圧と正常時の電圧値とを比較し異常検出を行う制御部を具備することを特徴とする負帰還増幅器。
【請求項２】
請求項１記載の負帰還増幅器において、
前記電力増幅器以外の異常検出を判定した後、前記電力増幅器の異常検出を判定することを特徴とする負帰還増幅器。
【請求項３】
請求項１記載の負帰還増幅器において、
前記第１のスイッチと前記第２のスイッチとを前記第２の帰還路側に接続し、電力増幅器を介さず送信動作を行うことを特徴とする負帰還増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負帰還法により電力増幅器の非線形歪を補償する非線形歪補償回路に関し、特に、無線機における電力増幅器の非線形歪補償回路の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）や多値ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）のような線形変調方式を使用するデジタル方式の無線機、特に移動通信用においては、周波数有効利用の観点より、厳しい隣接チャンネル漏洩電力が規定されている。このため、電力増幅器の非線形歪により発生する隣接チャネルへの妨害を補償をする必要がある。図２に、従来の電力増幅器の非線形補償回路を使用した直交変調による無線機の送信部の回路ブロック図を示す。以下、従来技術について説明する。
【０００３】
図２は、同相信号と直交信号とにより増幅器に帰還を行なうカーテシアン型負帰還増幅器を使用している一例である。図２において、１、２は信号入力端子、３、４は加算器、５、６は増幅器、７、８は変調器、９は９０°移相器、１０は、変調器７、８からの変調信号を加算する加算器、２１は、変調器７、８と９０°移相器９と加算器１０とからなる直交変調器、１１は不要成分を除去するフィルタ、１２は電力増幅器、１３はアンテナ、１４は、電力増幅器１２の出力から帰還信号を取り出すための方向性結合器、１５、１６は復調器、１７は９０°移相器、２２は、復調器１５、１６と９０°移相器１７とからなる直交復調器、１８は搬送波発振器（局部発振器）、２０は入力信号と帰還信号との位相差を検出する位相差検出器、１９は、搬送波発振器１８から出力された搬送波の位相を移相差検出器２０の検出出力で移相する可変位相器、２３は検波器、２４はＣＰＵ、２５は可変減衰器を示す。
【０００４】
信号入力端子１より印加された直交成分信号（Ｑ）は、加算器３と位相差検出器２０に入力され、信号入力端子２より印加された同相成分信号（Ｉ）は、加算器４と位相差検出器２０に入力される。加算器３に入力された直交成分信号は、加算器３に別途入力される帰還直交成分信号（Ｑｒ）の直交成分信号（Ｑ）に対する最適位相差値を０°とすると、帰還直交成分信号（Ｑｒ）を減算された直交成分信号となり、増幅器５へ出力され、増幅器５で所要のレベルまで増幅されてから直交変調器２１の変調器７へ出力される。加算器４に入力された同相成分信号は、加算器４に別途入力される帰還同相成分信号（Ｉｒ）を減算された同相成分信号となり、増幅器６へ出力され、増幅器６で所要のレベルまで増幅されてから直交変調器２１の変調器８へ出力される。
【０００５】
一方、搬送波発振器１８では、所要周波数の搬送波が発振されており、直交変調器２１の変調器８、９０°移相器９および可変位相器１９へ出力されている。９０°移相器９に入力した搬送波は、位相が９０°だけ移相され、直交変調器２１の変調器７へ入力される。また、可変位相器１９に入力した搬送波は、直交復調器２２の復調器１６、９０°移相器１７へ入力され、さらに９０°移相器１７に入力した搬送波は、位相が９０°だけ移相され、直交復調器２２の復調器１５へ入力される。
【０００６】
前記変調器７に入力された直交成分信号は、９０°移相器９出力の搬送波を変調する。そして変調器７は、直交成分信号による変調信号を加算器１０へ出力する。前記変調器８に入力された同相成分信号は、変調器８に別途入力される搬送波を変調する。そして変調器８は、同相成分信号による変調信号を加算器１０へ出力する。直交成分信号による変調信号と同相成分信号による変調信号とは、加算器１０で加算され、フィルタ１１へ出力される。フィルタ１１に入力した直交変調信号は、不要成分を除去された後、電力増幅器１２へ出力される。電力増幅器１２に入力した直交変調信号は、所要電力まで増幅され、電力増幅器１２の非線形歪と相殺補償され、歪のない直交変調信号がアンテナ１３より送信される。
【０００７】
電力増幅器１２で所要電力まで増幅された送信出力の一部は、方向性結合器１４で取り出され、可変減衰器２５を通過し、直交復調器２２の復調器１５、１６に帰還入力される。復調器１５に帰還入力した帰還信号は、復調器１５に別途入力される前記９０°移相器１７で９０°移相された所要周波数の搬送波により帰還直交成分信号（Ｑｒ）を復調する。そして復調器１５は、復調した帰還直交成分信号を加算器３および位相差検出器２０へ出力する。復調器１６に帰還入力した帰還信号は、復調器１６に別途入力される前記所要周波数の搬送波により帰還同相成分信号（Ｉｒ）を復調する。そして復調器１６は、復調した帰還同相成分信号を加算器４および位相差検出器２０へ出力する。
【０００８】
直交復調器２２に入力される搬送波は、帰還信号Ｉｒ、Ｑｒが最適な位相となるよう可変位相器１９で位相差Θ補正される。この位相量の検出制御は位相差検出器２０より行われる。位相差Θは直交変調器２１から直交復調器２２までのフィルタ１１、電力増幅器１２、方向性結合器１４等による遅延時間により決まる値で、入力した前記直交成分信号（Ｑ）および同相成分信号（Ｉ）と、前記帰還直交成分信号（Ｑｒ）および帰還同相成分信号（Ｉｒ）より求める。この帰還ループによりフィードバックが構成され、電力増幅器１２等により発生する非線形歪を補償することができる。また、送信出力レベルの可変は、可変減衰器２５の減衰量を変化させることにより行う。
【０００９】
次に、従来より行われているカーテシアン型負帰還増幅器の異常検出の方法について説明をする。方向性結合器１４で取り出された帰還信号を検波器２３で検波し、その検波電圧をＣＰＵ２４が読み込み、カーテシアン型負帰還増幅器が異常なく動作している時（定格電力出力時）の検波器２３の検波電圧と異なっていた場合は直ちに送信動作を停止させる。
【特許文献１】特開２０００−３６７６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来より行われているカーテシアン型負帰還増幅器の異常検出の方法では、(1)電力増幅器が壊れたのか、(2)電力増幅器以外のカーテシアン型負帰還増幅器を構成する部分が壊れたのかが特定出来ないという欠点がある。また、(3)電力増幅器又は帰還回路が壊れた場合には送信できなくなり、緊急時には通信手段としての役割を果たすことができない。本発明の第１の目的は、カーテシアン型負帰還増幅器の異常の原因が、電力増幅器が壊れたことによるものなのか、電力増幅器以外のカーテシアン型負帰還増幅器を構成する部分が壊れたことによるものなのかを特定するカーテシアン型負帰還増幅器を提供することと、第２目的は、電力増幅器が故障した場合にも送信可能なカーテシアン型負帰還増幅器の提供を目的とすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の電力増幅器は、所定周波数の搬送波を発生する搬送波発振器と、入力信号により前記搬送波を変調し変調信号を出力する変調器と、前記変調信号を所要電力まで増幅する電力増幅器と、前記電力増幅器の出力信号の一部を帰還変調信号として取り出す第１の帰還路と、前記帰還路からの帰還変調信号を前記搬送波により復調し帰還復調信号を出力する復調器とを有し、前記帰還復調信号を前記入力信号にフィードバックする前記電力増幅器の非線形歪を補償するよう構成された負帰還増幅器において、前記電力増幅器の入力部に接続される第１のスイッチと、前記電力増幅器の出力部に接続される第２のスイッチと、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチとを接続するよう構成した第２の帰還路と、該第２の帰還路と前記第１の帰還路とを接続する第３のスイッチと、前記第１の帰還路と前記第２の帰還路の信号を検波する検波器と、該検波器が出力する検波電圧と正常時の電圧値とを比較し異常検出を行う制御部を具備するようにしたものである。
【００１２】
また、本発明の電力増幅器は、前記電力増幅器以外の異常検出を判定した後、前記電力増幅器の異常検出を判定する。
更に、本発明の電力増幅器は、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチとを前記第２の帰還路側に接続し、電力増幅器を介さず送信動作を行う。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電力増幅器の入力から帰還変調信号を取り出す第２の帰還路を構成し、また、電力増幅器の入力と出力にスイッチを設け、電力増幅器の入力と出力を接続し帰還回路を構成し、その帰還回路の信号を検波する検波器を設けることにより、カーテシアン型負帰還増幅器の異常の原因が、電力増幅器が壊れたことによるものなのか、電力増幅器以外のカーテシアン型負帰還増幅器を構成する部分が壊れたことによるものなのかを特定することができ、電力増幅器を動作させない場合にも送信可能とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明による非線形補償回路を使用した直交変調による無線機の送信部を示す回路ブロック図である。図１において、１は直交成分信号入力端子、２は同相成分信号入力端子、３は入力直交成分信号と帰還直交成分信号とを加算する加算器、４は入力同相成分信号と帰還同相成分信号とを加算する加算器、５は加算補正された直交成分信号を増幅する増幅器、６は加算補正された同相成分信号を増幅する増幅器、７は直交成分信号で搬送波を変調する変調器、８は同相成分信号で搬送波を変調する変調器、９は搬送波の位相を９０°移相する９０°移相器、１０は、変調器７、８からの変調信号を加算する加算器、２１は、変調器７、８と９０°移相器９と加算器１０とからなる直交変調器、１１は直交変調信号の不要成分を除去するフィルタ、１２は直交変調信号を所要電力まで増幅する電力増幅器、１３はアンテナ、１４は、電力増幅器１２の出力から帰還信号を取り出すための方向性結合器、１５は帰還直交変調信号から直交成分信号を復調する復調器、１６は帰還直交変調信号から同相成分信号を復調する復調器、１７は搬送波の位相を９０°移相する９０°移相器、２２は、復調器１５、１６と９０°移相器１７とからなる直交復調器、１８は搬送波発振器（局部発振器）、２０は、入力信号と帰還信号との位相差を検出し位相差検出器、２３は検波器、２４はＣＰＵ、２５は可変減衰器、２６、２７、２８はスイッチ、２９は第２の帰還路を示す。
【００１５】
初めに、通常の非線形歪を補償する動作について説明する。スイッチ２６を電力増幅器１２の入力側に接続し、スイッチ２８を電力増幅器１２の出力側に接続し、スイッチ２７をＯＦＦとし第２の帰還路２９と電力増幅器１２の出力信号の一部を取り出す帰還路との接続を切る。直交成分信号入力端子１より印加された直交成分信号（Ｑ）は、加算器３と位相差検出器２０に入力され、同相成分信号入力端子２より印加された同相成分信号（Ｉ）は、加算器４と位相差器２０に入力される。加算器３に入力された直交成分信号は、加算器３に別途入力される帰還直交成分信号（Ｑｒ）の直交成分信号（Ｑ）に対する最適位相差値を０°とすると、帰還直交成分信号（Ｑｒ）を減算された直交成分信号となり、増幅器５へ出力され、増幅器５で所要のレベルまで増幅されてから直交変調器２１の変調器７へ出力される。加算器４に入力された同相成分信号は、加算器４に別途入力される帰還同相成分信号（Ｉｒ）を減算された同相成分信号となり、増幅器６へ出力され、増幅器６で所要のレベルまで増幅されてから直交変調器２１の変調器８へ出力される。
【００１６】
一方、搬送波発振器１８では、所要周波数の搬送波が発振されており、直交変調器２１の変調器８、９０°移相器９および可変位相器１９へ出力されている。９０°移相器９に入力した搬送波は、位相が９０°だけ移相され、直交変調器２１の変調器７へ入力される。また、可変位相器１９に入力した搬送波は、直交復調器２２の復調器１６、９０°移相器１７へ入力され、さらに９０°移相器１７に入力した搬送波は、位相が９０°だけ移相され、直交復調器２２の復調器１５へ入力される。
【００１７】
前記変調器７に入力された直交成分信号は、９０°移相器９出力の搬送波を変調する。そして、変調器７は、直交成分信号による変調信号を、加算器１０へ出力する。前記変調器８に入力された同相成分信号は、変調器８に別途入力される搬送波を変調する。そして、変調器８は、同相成分信号による変調信号を、加算器１０へ出力する。
【００１８】
直交成分信号による変調信号と同相成分信号による変調信号とは、加算器１０で加算され、フィルタ１１へ出力される。フィルタ１１にされた入力直交変調信号は、不要成分を除去された後、スイッチ２６を通過し、電力増幅器１２へ出力される。電力増幅器１２に入力した直交変調信号は、所要電力まで増幅され、電力増幅器１２の非線形歪と相殺補償され、歪のない直交変調信号がスイッチ２８を通過しアンテナ１３より送信される。
【００１９】
電力増幅器１２で所要電力まで増幅されスイッチ２８を通過した送信出力の一部は、方向性結合器１４で取り出され、可変減衰器２５を通過し、直交復調器２２の復調器１５、１６に帰還入力される。復調器１５に帰還入力した帰還信号は、復調器１５に別途入力される前記９０°移相器１７で９０°移相された所要周波数の搬送波により帰還直交成分信号（Ｑｒ）を復調する。そして復調器１５は、復調した帰還直交成分信号を加算器３および位相差検出器２０へ出力する。復調器１６に帰還入力した帰還信号は、復調器１６に別途入力される前記所要周波数の搬送波により帰還同相成分信号（Ｉｒ）を復調する。そして復調器１６は、復調した帰還同相成分信号を加算器４および位相差検出器２０へ出力する。直交復調器２２に入力される搬送波は、帰還信号Ｉｒ、Ｑｒが最適な位相となるよう可変位相器１９で位相差Θ１補正される。この位相量の検出制御は位相差検出器２０より行われる。位相差Θ１は直交変調器２１から直交復調器２２までの可変減衰器２６、フィルタ１１、電力増幅器１２、方向性結合器１４等の遅延時間によりきまる値で、入力した前記直交成分信号（Ｑ）および同相成分信号（Ｉ）と、前記帰還直交成分信号（Ｑｒ）および帰還同相成分信号（Ｉｒ）より求める。この時の最適位相差値０°との位相差Θ１を位相差検出器２０に位相補正量Θ１として記憶する。そして、この時の検波器２３で検波した検波電圧Ｖ１をＣＰＵ２４に入力して記憶する。
【００２０】
次に、前述の第１の目的に対して、スイッチ２６を第２の帰還路２９側に接続し、スイッチ２８を電力増幅器１２の出力側及び第２の帰還路２９側とも接続せず、スイッチ２７をＯＮとし第２の帰還路２９によって帰還回路を構成する場合の動作について説明する。
【００２１】
直交成分信号入力端子１より印加された直交成分信号（Ｑ）は、加算器３と位相差検出器２０に入力され、同相成分信号入力端子２より印加された同相成分信号（Ｉ）は、加算器４と位相差検出２０に入力される。加算器３に入力された直交成分信号は、加算器３に別途入力される帰還直交成分信号（Ｑｒ）の直交成分信号（Ｑ）に対する最適位相差値を０°とすると、帰還直交成分信号（Ｑｒ）を減算された直交成分信号となり、増幅器５へ出力され、増幅器５で所要のレベルまで増幅されてから直交変調器２１の変調器７へ出力される。加算器４に入力された同相成分信号は、加算器４に別途入力される帰還同相成分信号（Ｉｒ）を減算された同相成分信号となり、増幅器６へ出力され、増幅器６で所要のレベルまで増幅されてから直交変調器２１の変調器８へ出力される。
【００２２】
一方、搬送波発振器１８では、所要周波数の搬送波が発振されており、直交変調器２１の変調器８、９０°移相器９および可変位相器１９へ出力されている。９０°移相器９に入力した搬送波は、位相が９０°だけ移相され、直交変調器２１の変調器７へ入力される。また、可変位相器１９に入力した搬送波は、直交復調器２２の復調器１６、９０°移相器１７へ入力され、さらに９０°移相器１７に入力した搬送波は、位相が９０°だけ移相され、直交復調器２２の復調器１５へ入力される。
【００２３】
前記変調器７に入力された直交成分信号は、９０°移相器９出力の搬送波を変調する。そして、変調器７は、直交成分信号による変調信号を、加算器１０へ出力する。前記変調器８に入力された同相成分信号は、変調器８に別途入力される搬送波を変調する。そして、変調器８は、同相成分信号による変調信号を、加算器１０へ出力する。
【００２４】
直交成分信号による変調信号と負帰還後の同相成分信号による変調信号とは、加算器１０で加算され、フィルタ１１、スイッチ２６、第２の帰還路２９、スイッチ２７及び可変減衰器２５を通過し、直交復調器２２の復調器１５、１６に帰還入力される。この時、前述の通常動作時におけるフィルタ１１の出力レベルと、この時のフィルタ１１の出力レベルが同じになるように可変減衰器２５の減衰量を動作させる
復調器１５に帰還入力した帰還信号は、復調器１５に別途入力される前記９０°移相器１７で９０°移相された所要周波数の搬送波により帰還直交成分信号（Ｑｒ）を復調する。そして復調器１５は、復調した帰還直交成分信号を加算器３および位相差検出器２０へ出力する。復調器１６に帰還入力した帰還信号は、復調器１６に別途入力される前記所要周波数の搬送波により帰還同相成分信号（Ｉｒ）を復調する。そして復調器１６は、復調した帰還同相成分信号を加算器４および位相差検出器２０へ出力する。
【００２５】
直交復調器２２に入力される搬送波は、帰還信号Ｉｒ、Ｑｒが最適な位相となるよう可変位相器１９で位相差Θ２補正される。この位相量の検出制御は位相差検出器２０より行われる。直交変調器２１から直交復調器２２までの可変減衰器２７等の遅延時間によりきまる値で、入力した前記直交成分信号（Ｑ）および同相成分信号（Ｉ）と、前記帰還直交成分信号（Ｑｒ）および帰還同相成分信号（Ｉｒ）より求める。この時の最適位相差値０°との位相差Θ２を位相差検出器２０に位相補正量Θ２として記憶する。そして、この時の検波器２５で検波した検波電圧Ｖ２をＣＰＵ２４に入力して記憶する。
【００２６】
更に、スイッチ２６を第２の帰還路２９側に接続し、スイッチ２８を第２の帰還路２９側と接続し、スイッチ２７をＯＦＦとして電力増幅器１２を迂回させて、この時の最適位相差値０°との位相差Θ３を位相差検出器２０に位相補正量Θ３として記憶し、この時の検波器２５で検波した検波電圧Ｖ３をＣＰＵ２４に入力して記憶する。また、この時、通常動作時におけるフィルタ１１の出力レベルと、この時のフィルタ１１の出力レベルが同じになるように可変減衰器２５の減衰量を動作させる
以上説明したΘ１、Θ２、Θ３、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を記憶する内容は、無線機を工場出荷する以前に行う。
【００２７】
次に記憶したデータΘ１、Θ２、Θ３、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を用いて無線機を運用し、異常を検出する動作について説明する。
無線機で電波を送信しようと送信可能状態（送信ボタン等をＯＮ）状態にした直後、まず、アンテナ１３から電波を発射する前に、第２の帰還路にて電力増幅器１２、スイッチ２８、方向性結合器１４以外の異常を検出する。すなわち、スイッチ２６を第２の帰還路２９側に接続し、スイッチ２８を電力増幅器１２の出力側、第２の帰還路２９側とも接続せず、スイッチ２７をＯＮとし第２の帰還路２９によって帰還回路を構成する動作にて、位相差検出器２０より位相補正量Θ２で位相補正を行なう。この時、検波器２３で検波した検波電圧がＶ２であるか否かを判定し、異常（検波電圧がＶ２でない）ならばこの帰還回路が壊れていると判断して直ちに送信動作を停止させる。異常でなければ、次に、位相補正量をΘ１とし、スイッチ２６を電力増幅器１２の入力側に接続し、スイッチ２８を電力増幅器１２の出力側に接続し、スイッチ２７をＯＦＦとし第２の帰還路２９との接続を切る。この時、検波器２３で検波した検波電圧がＶ１であるか否かを判定し、異常でない（検波電圧がＶ１）ならばそのまま送信し、異常（検波電圧がＶ１でない）ならばこの帰還回路が壊れていると判断して直ちに送信動作を停止させる。この時異常個所は電力増幅器１２かスイッチ２８か方向性結合器１４である。
【００２８】
次に異常の場合、電力増幅器１２が壊れたのかを判定するため、スイッチ２６を第２の帰還路２９側に接続し、スイッチ２８を第２の帰還路２９側と接続し、スイッチ２７をＯＦＦとし電力増幅器１２を迂回させた帰還回路において、位相補正量Θ３で送信動作させる。この時検波器２３で検波した検波電圧がＶ３であるならば、スイッチ２８と方向性結合器１４は壊れていず、電力増幅器１２が壊れていることがわかる。またこの時には電力増幅器１２が壊れていて動作していなくても負帰還回路として動作しており、電力増幅器１２が動作している場合より送信電力は小さくなるが、送信可能である。また、検波電圧がＶ３でない場合には、スイッチ２８か方向性結合器１４が壊れていると判断して直ちに送信動作を停止させる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明による電力増幅器の非線形補償回路を使用した無線機の送信部を示す回路ブロック図
【図２】従来の電力増幅器の非線形補償回路を使用した無線機の送信部を示す回路ブロック図
【符号の説明】
【００３０】
１、２：信号入力端子、  ３、４：加算器、  ５、６：増幅器、  ７、８：変調器、  ９、１７：９０°移相器、  １０：加算器、  １１：フィルタ、  １２：電力増幅器、  １３：アンテナ、  １４：方向性結合器、  １５、１６：復調器、  １８：搬送波発振器、  １９：可変位相器、  ２０：位相差検出器、  ２１：直交変調器、  ２２：直交復調器、  ２３：検波器、  ２４：ＣＰＵ、  ２５：可変減衰器、  ２６、２７、２８：スイッチ、  ２９：第２の帰還回路
【図１】
2006101255.tif 000003
【図２】
2006101255.tif 000004